La cavitación (1): Cavitación y supercavitación

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La temperatura de ebullición de un líquido depende de la presión. Es el principio que explica el funcionamiento de la olla a presión: Al estar cerrada herméticamente, el calentamiento del aire que contiene hace aumentar la presión, de manera que el agua no hierve hasta los 120º; a esa temperatura, los alimentos se cocinan mucho más deprisa. A la inversa, en la cima del Everest, donde la presión atmosférica es tan baja que el agua hierve a 71º, es muy difícil cocinar; por ejemplo, según el libro Tortilla quemada, del químico Claudi Mans, para hacer un huevo duro allí habría que cocerlo durante más de media hora.

Cuando un objeto se mueve a gran velocidad en un líquido, de acuerdo con el principio de Bernoulli, se produce una disminución de la presión. Puede ocurrir que esa disminución sea tanta que se alcance el punto de ebullición; entonces, el líquido se vaporiza en una estela de burbujas; es el fenómeno conocido con el nombre de cavitación. Las burbujas, rodeadas de líquido a mayor presión, se comprimen rápidamente, de manera que su temperatura y presión aumentan, hasta que colapsan violentamente liberando energía en forma de luz (sonoluminiscencia) y de ondas de choque; en ese momento, la temperatura del vapor puede alcanzar varios miles de grados, con una presión de cientos de atmósferas.

La cavitación suele ser un fenómeno indeseable: la formación de las burbujas disminuye la eficiencia de mecanismos como hélices, motores y bombas de agua, y la energía liberada en su implosión provoca ruido, vibraciones, desgaste y corrosión en los materiales. En la ingeniería naval se trata de evitar este fenómeno para conseguir barcos y submarinos más silenciosos y duraderos.

Cuando la velocidad del objeto en el líquido es muy alta, la burbuja de vapor puede llegar a englobarlo completamente, de manera que el objeto, literalmente, "vuela" dentro de ella; es lo que se llama supercavitación. La supercavitación reduce enormemente el rozamiento sufrido por el objeto, puesto que la resistencia al movimiento que opone el vapor es mucho menor que la que opone el líquido. Desde la Segunda Guerra Mundial se han desarrollado varios tipos de armamento basados en la supercavitación, como misiles y proyectiles aire-mar, pistolas y rifles de asalto submarinos, y sobre todo torpedos; el torpedo ruso VA-111 Shkval y el Hoot iraní (probablemente copiado del primero) alcanzan una velocidad de 370 km/h, y los constructores del Barracuda alemán afirman que éste llega a los 800 km/h. No sé los alemanes, pero los rusos, y los iraníes, "hacen trampa": el torpedo, propulsado por un cohete, puesto que una hélice no sería eficaz dentro de una burbuja de vapor, desvía parte de los gases de escape hacia el morro para agrandar la burbuja de cavitación.

Existe otro tipo de cavitación, en el que las burbujas se producen mediante ondas sonoras; así funcionan la litotricia extracorpórea, el método de destrucción de las piedras del riñón con ultrasonidos, y los dispositivos de limpieza ultrasónicos, en los que una fuente de ultrasonidos produce millones de minúsculas burbujas de cavitación en un fluido para arrancar la suciedad de objetos delicados, como joyas, instrumentos ópticos y quirúrgicos, relojes, componentes electrónicos, etc.

(continuará)